专利名称：零件安装底板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及用无铅焊料将电子部件焊接到两面有导体图形的线路板上的零件安装底板及其制造方法。
背景技术：
以往在将电子元件焊到作为线路板的印刷电路板的场合，依据便于制造性和可靠性的观点，采用铅锡合金的共晶焊料，共晶焊料是锡为63％(重量)，铅为37％(重量)。但在产品废弃时，使用共晶焊料焊接的零件安装底板一般是填埋处理。近年来发现，由于填埋地降酸雨，使共晶焊料中的铅溶出，引起环境问题。
为了解决该环境问题，近年来盛行对无铅焊料的研究和开发，不含铅的焊料一般称为无铅焊料。无铅焊料以锡为主体，在锡中掺入百分之几的银、铜。使用这种无铅焊料时的一个问题是会出现剥离现象。
例如，一旦在玻璃钢基材等两面设置导体图形(印刷线路)的印刷线路板(两面底板)上使用前述无铅焊料焊接，则在印刷线路板的表面(布置电子元件的一面)发生焊料与导体图形的焊接区剥离的现象。
两面有导体图形的印刷线路板以往是用焊料作表面处理。这种处理是将印刷线路板浸入熔融的含铅焊料中，当从熔融的焊料中取出印刷线路板时，喷射高温空气，吹掉印刷线路板通孔中的焊料。由于导体图形上的裸露部分的焊料厚度是固定的，故称为热风校平处理(以下称HAL处理)。一旦实施了HAL处理，在焊接电子元件时可提高焊接性。
图7是实施了这种HAL处理的双面底板。图7中，印刷线路板1的底板2例如是玻璃钢(ガラスエポキシ)制成的，该底板2的表面与背面设置铜制导体图形3，3，同时设有防止焊料附在导体图形3上的保护层4。而且，在印刷线路板1上加工有通孔5。通孔5用于例如插入未图示的电子元件的引线，其内周面也设有将正反两面的两个导体图形3、3之间进行电气连接用的连接图形3a。而且在正反两面的两个导体图形3、3中未被保护层覆盖的裸露部分(成为焊接区的部分)的表面、以及通孔5中的连接图形3A的表面，设置经HAL处理后形成的共晶焊料层7。
然而，如果在经这种HAL处理的印刷线路板1上用前述的无铅焊料(不含铅焊料)焊接电子元件，有时会发生剥离现象。图8是说明该剥离现象的图。下面参照图8说明剥离现象。
一旦把电子元件的引线8插入印刷线路板1的通孔5中，并在自动焊接槽中进行无铅焊接(浸焊法)，熔融的无铅焊料9就从印刷线路板1的下面(焊料面)通过通孔5的内面与引线之间进入到印刷线路板上的上面(零件面)，与前述共晶焊料7形成一体，引线8、上下两面的导体图形3、3及连接图形3a就被无铅焊料9焊接。
这时，经HAL处理后形成的前述共晶焊料层7中所含的铅成分10溶出，进入本来无铅的无铅焊料9中。当无铅焊料9冷却固化时，无铅焊料9就在印刷线路板上的上面一侧按a、b、c、d的顺序凝固。a部分凝固时，熔点高的锡先凝固，将铅成分10挤到下部，同样，b部分凝固时，将铅成分10挤到下部，这样，低熔点的铅成分10就在d部分富集，这称为铅偏析。从而，无铅焊料9就在印刷线路板的上面侧从上方依次凝固，最后是d附近凝固。而且上方在凝固的同时产生收缩力，对尚未凝固的d部形成拉力。这样，就在印刷线路板1的上面侧发生无铅焊料9与上面侧的导体图形3的焊接区3b剥离的现象(图8中11表示剥离发生部位)。
已知在印刷线路板的下面侧(焊料面)不会发生这样的剥离现象。即使在前述HAL以外的场合，在例如采用含铅焊料对电子元件的引线8作表面处理时，也会由于铅的影响而发生前述剥离现象。
一旦发生剥离现象，焊接部的连接可靠性即受损。另外，如果有大电流流过发生剥离的焊接部，就会发热，甚至产生烟和火。
发明内容
本发明鉴于上述情况，目的是提供一种零件安装底板及其制造方法，用无铅焊料焊接，能提高连接的可靠性。
为达到前述目的，技术方案1的发明是一种零件安装底板，是将电子元件的引线插入两面有导体图形的线路板的引线插孔中，并用无铅焊料对引线与前述线路板两面的两个导体图形进行焊接而成，其特征在于，在前述线路板上，在前述引线插孔附近设置导体插孔，同时设置插入导体插孔、将与前述引线焊接的前述线路板两面的两个导体图形之间进行电气连接的辅助导体。
在前述装置上，在焊接电子元件引线的引线插孔近旁，还用辅助导体实现供电子元件的引线焊接的线路板两面的导体图形之间的电气连接。因此，即使在焊接电子元件引线的部分发生剥离现象，也可用前述辅助导体来辅助线路板两面的导体图形间的电气连接，其结果是提高了电子元件引线与线路板两面的两个导体图形之间电气连接的可靠性。
这种场合，最好如技术方案2的发明那样，辅助导体最好一体地设有在线路板上与设有导体图形的底板面对置的底板面对置部。
若采用这种结构，在用无铅焊料焊接时，无铅焊料易进入辅助导体的底板面对置部与导体图形之间，可扩大辅助导体与导体图形的焊接面积，进而提高这些辅助导体与导体图形焊接部分的连接可靠性。
技术方案3的发明的特征是，插入前述辅助导体的导体插孔是通孔，其内周面设有将线路板两面的导体图形之间实行电气连接的连接图形。
当在辅助导体插入导体插孔后进行焊接时，无铅焊料易渗入到导体插孔的上面侧(零件面侧)，可利用无铅焊料和辅助导体容易、并且可靠地将线路板两面的两个导体图形进行连接。顺便说一句，当导体插孔的内周面没有将线路板两面的两个导体图形间实行电气连接的连接图形时，要在上下两侧进行辅助导体与导体图形的焊接，但若采用技术方案3的发明，辅助导体与导体图形的焊接可以进行一次。
技术方案4的发明的特征是，无铅焊料的主要成分是锡，辅助导体表面镀锡。
这样，主要成分是锡的焊料与表面镀锡的辅助导体都用锡，容易熔合，焊接性良好。
技术方案5的发明的特征是，在技术方案2的发明中，在线路板上，在与辅助导体的底板面对置部对置的位置，设置辅助通孔，该孔的内周面设有对线路板两面的两个导体图形间实行电气连接的连接图形，并且使无铅焊料流入该辅助通孔。
采用该发明，用无铅焊料焊接时，即使无铅焊料通过辅助通孔，也容易进入辅助导体的底板面对置部与导体图形之间，能更加扩大辅助导体与导体图形的焊接面积，进而更加提高这些辅助导体与导体图形间的接部分的连接可靠性。
技术方案6的发明的特征是，设置辅助导体的部分位于引线插孔近旁，该插孔供较大电流流过的电子元件的引线插入。
流过电子元件的电流越大，电子元件的引线与线路板两面的两个导体图形间连接的可靠性就越成为问题，因此，将电子元件的引线所连接的的两个导体图形间作辅助连接的辅助导体设在有大电流流过的电子元件的引线所插入的插孔近旁是有效的。
技术方案7的发明是零件安装底板的制造方法，其特征是，为了达到前述目的，在两面有导体图形的线路板上，在未用含铅焊料进行HAL处理的状态下，用无铅焊料将电子元件的引线与前述导体图形焊接。
采用本发明，由于线路板不实施HAL处理，而且用无铅焊料焊接，因而可在不含铅的状态下实施焊接。从而可以防止因含铅而发生的剥离现象，进而提高焊接连接的可靠性。而且因为不对线路板实施高温的HAL处理，因此与实施HAL处理的场合相比，能够减少加在线路板上的应力。
技术方案8的发明是零件安装底板，为了达到与技术方案7的发明同样的目的，在两面有导体图形的线路板上，在不用含铅焊料作HAL处理的状态下，用无铅焊料将电子元件的引线与前述导体图形焊接。
采用本发明，能得到与技术方案7的发明同样的效果。
技术方案9的发明的特征是，在技术方案8的发明中，在线路板上对导体图形的裸露部分实施镀金处理。
在线路板不实施HAL处理的场合，导体图形的裸露部分可能腐蚀，而对导体图形的裸露部分实施镀金处理，能够防止该部分腐蚀，进而提高可靠性。
技术方案10的发明的特征是在权利要求项8的发明中，在线路板上，使内周面具有对线路板两面的两个导体图形间进行电气连接的连接图形的通孔与插入电子元件的引线的引线插孔共用。
在线路板不实施HAL处理的场合，若采用不插入电子元件的引线的独用通孔，则无铅焊料难以流入该通孔内，焊料难以上升，因此，通过使该通孔与插入电子元件引线的引线插孔共用，无铅焊料就容易流入该通孔内，也容易上升。从而，能用无铅焊料将线路板两面的导体图形间良好地连接。
技术方案11的发明的特征是，在技术方案8的发明中，线路板具备独用通孔，其内周面具有将线路板两面的导体图形进行电气连接的连接图形，且不插入电子元件的引线，并使无铅焊料流入该独用通孔，前述独用通孔的内径设定为0.7mm以上。
已知在不对线路板实施HAL处理的场合，如果要使无铅焊料流入不插入电子元件的引线的独用通孔，若独用通孔内径小于0.6mm，则其内径太小，无铅焊料不能上升到底板上面侧(零件面侧)。为此，若将其内径设定在0.7mm以上，无铅焊料熔液就容易上升到上面侧。由此可用无铅焊料将线路板两面的导体图形进行良好连接。
图1是本发明第1实施例的主要部位纵向剖视图。
图2是本发明第2实施例的主要部位纵向剖视图。
图3是本发明第3实施例的主要部位纵向剖视图。
图4是本发明第4实施例的焊接前主要部位纵向剖视图。
图5是本发明第5实施例的主要部位纵向剖视图。
图6是本发明第6实施例的主要部位纵向剖视图。
图7是以往示例，是经HAL处理后的印刷线路板的纵向剖视图。
图8是说明剥离发生机理的纵向剖视图。
具体实施例方式
以下，参照图1说明本发明的第一实施例。
图1表示使用无铅焊料23将电子元件22焊接到构成线路板的印刷线路板21上的状态。图1中，印刷线路板21的基材24例如用玻璃钢制，该基材正、反面设置铜质导体图形25、25，并设有防止焊料附在导体图形25上的保护膜26。
印刷线路板21上形成插入引线插孔27，用于插入前述电子元件22的引线22a，并在插孔27近旁位置设有2个导体插孔28。引线插孔27及导体插孔28各由通孔构成，各孔内周面设有连接图形25a，用于对印刷线路板21上下两面的导体图形25、25间作电气连接。上下两面的导体图形25、25中，引线插孔27周缘部的焊接面、即上面的焊接区29a的直径A1设定为比下面焊接区29b的直径A2小(A1＜A2)。
前述电子元件22的引线从图中上方插入引线插孔27，引线22a与上下两面的导体图形25、25用无铅焊料23焊接。这时，电子元件22是内部有较大电流，例如1A以上电流流过的电容器。另外，无铅焊料23是以锡为主要成分的合金，例如，锡95.8重量％；银3.5重量％；铜0.7重量％。
大致コ字形的辅助导体30两侧的插入部30a、30a从图中上方插入前述2个导体插孔28、28，辅助导体30与上下两面导体图形25、25间用无铅焊料焊接。从而，辅助导体30通过无铅焊料23而将连接前述电子元件22的引线22a的上下两面导体图形25、25间作电气连接。辅助导体30一体地设有与印刷线路板21的上面(底板面)对置的底板面对置部30b，该底板面对置部30b与印刷线路板21的上面侧导体图形25之间也有无铅焊料23进入。辅助导体30的两个插入部30a、30a的下端部也向内侧折弯。在这种场合，辅助导体30采用表面镀锡的软铜线。
在将电子元件22、辅助导体30焊接到前述印刷线路板21时如下进行。首先将电子元件22的引线22a插入印刷线路板21上引线插孔27，同时将辅助导体30的插入部30a插入各导体插孔28。然后在自动焊接槽内对印刷线路板21的下面涂敷熔融的无铅焊料，采用浸焊法焊接。这样，就用无铅焊料23如图1所示那样将电子元件22、辅助导体30焊接住。
前述实施例可得到以下效果。
在有较大电流流过的电子元件22的引线22a被焊接住的引线插孔27的近旁，还用辅助导体30对焊接有该电子元件22的引线22a的印刷线路板21两面的两个导体图形25、25之间作电气连接。因此，例如即使在焊接有电子元件22的引线22a的部分(引线插孔27的周缘部)发生剥离现象，由于前述辅助导体30部分能辅助两个导体图形25、25间的电气连接，结果仍能提高电子元件22的引线22a与两面的两个导体图形25、25间电气连接的可靠性。设置这种辅助导体30对印刷线路板21上面侧有大电流流过的部分特别有效。辅助导体30构成大致为コ形，本来具有底板面对置部30b，以与印刷线路板21上设置导体图形25的底板面(上面)对置，故用无铅焊料焊接时，无铅焊料也易进入辅助导体30的底板面对置部30b与导体图形25之间，扩大辅助导体30与导体图形25之间焊接面积。进而提高这些辅助导体30与导体图形25之间焊接面积。
辅助导体30为大致コ字形，并一体地设有在印刷线路板21上与设有导体图形25的底板面(上面)对置的底板面对置部30b，故在用无铅焊料焊接时，辅助导体30的底板面对置部30b与导体图形25之间也有无铅焊料23进入，可增大辅助导体30与导体图形25之间的焊接面积，进而提高这些辅助导体30与导体图形25间的焊接部分的连接可靠性。
又因为辅助导体30为大致コ字形，是将两个插入部30a、30a插入辅助导体插孔28后用无铅焊料23焊接，因此更扩大了辅助导体30与导体图形25之间的焊接面积。
而且各导体插孔28是由通孔构成的，通孔内周面具有连接图形25a，用于对上下两面的两个导体图形25、25作电气连接，所以焊接时，无铅焊料23易进入到该导体插孔28的上面侧(零件侧)，可用无铅焊料和辅助导体30容易、确实地将上下两面的导体图形25、25之间连接。顺便说一句，当在导体插孔28的内周面不设对上下两面的两个导体图形25、25之间作电气连接的连接图形时，要在上、下两侧对辅助导体30与导体图形25进行焊接，但若采用本实施例，一次就能将辅助导体30与导体图形25可靠地焊接。
无铅焊料23是用以锡为主体的合金，辅助导体30则表面镀锡，因此，以锡为主的无铅焊料23和表面镀锡的辅助导体30都用锡，容易熔合，焊接性良好。
在前述实施例中，上下两面的导体图形25、25中，引线插孔27周缘部的上面侧焊接区29a的直径A1设定成比下面侧焊接区29b的直径A2小，(A1＜A2)，故有不易发生剥离的优点。
图2是本发明的第2实施例。第2实施例与前述的第1实施例有下列不同点。即，在印刷线路板21上，在与辅助导体30的底板面对置部30b对置的部位设置2个辅助通孔31，并使熔化的无铅焊料23流入各辅助通孔31。各辅助通孔31的内周面也设置连接图形25a，用于对上下两面的导体图形25、25间实行电气连接。
采用这种结构，在用无铅焊料焊接时，无铅焊料23通过各辅助通孔31也容易流入辅助导体30的底板面对置部30b与导体图形25之间，更加扩大了辅助导体30与导体图形25之间的焊接面积，进而进一步提高了辅助导体30与导体图形25之间焊接部分的连接可靠性。
图3是本发明第3实施例。第3实施例与第1实施例有以下不同，即，导体插孔28是一个，将销状的辅助导体32的插入部32a插入此导体插孔28，用无铅焊料对该辅助导体32与上下两面的导体图形25、25进行焊接。辅助导体32没有第1、第2实施例的辅助导体30那样的底板面对置部30b，但其上部形成自插入部32a向横向扩大的止脱部32b。
该第3实施例也能获得与第1实施例大致同样的作用效果。
前述第1实施例～第3实施例中，印刷线路板21可以是经过HAL处理，也可不经过HAL处理。
在使用这种无铅焊料焊接的场合，由于尽量减少铅向无铅焊料的混入量，因此若使用的印刷线路板未经含铅共晶焊料的HAL处理，则能更加减少铅向无铅焊料的混入，可减少剥离现象。
图4是本发明的第4实施例。其中的印刷线路板21未经过含铅共晶焊料的HAL处理。在未作HAL处理的印刷线路板21上，在导体图形25中未用保护膜26覆盖的部分、即、成为焊接面的裸露部分33，导体图形25的铜露出，因而可能在硫化氢等气氛中发生铜腐蚀。因此，在这第4实施例中，对导体图形25的裸露部分33的表面实施镀金层34处理。
采用这种结构时，用镀金层34覆盖导体图形25的裸露部分33，能够防止导体图形25裸露的铜被腐蚀。而且在这种场合，印刷线路板21未经含铅共晶焊料的HAL处理，故能更加减少铅向焊接时使用的无铅焊料混入，减少剥离的发生，能提供可靠性高的印刷线路板21。
图5是本发明第5实施例。
在未经HAL处理的印刷线路板21上，在不插入电子元件引线的通孔、即、连接上下两面的导体图形25、25的独用通孔35部分，如果用无铅焊料进行焊接，则熔融焊料从下面侧向上面侧上升的状态不好。因此，第5实施例将通孔35设计成与插入电子元件36的引线36a的引线插孔共用。
在采用这种结构的场合，由于在通孔35中插入电子元件36的引线36a，在用无铅焊料23进行焊接时，焊料从印刷线路板21的下面侧向上面侧上升的状态好，上下两面的两个导体图形25、25之间可以用无铅焊料23进行良好的连接。
图6是本发明的第6实施例。
此例是在未经HAL处理的相同印刷线路板21上，在不插入电子元件引线的独用通孔37中用无铅焊料23进行焊接。
顺便提一句，以往这种独用通孔的内径是0.6mm以下。已知对于这种不经HAL处理的独用通孔用无铅焊料连接时，熔化的焊料不能上升到印刷线路板的上面侧。
因此，本实施例将前述独用通孔37的内径D设定为0.7mm以上。这样，无铅焊料23容易从独用通孔37的下面侧上升到上面侧，因此，印刷线路板21两面的导体图形25、25间可用无铅焊料23焊接良好地连接。
本发明不限于前述的各实施例，可作下述变形或扩大。
除了电容器之外，有较大电流流过的电子元件22可以是开关装置、二极管、线圈、变压器等。
从以上说明可知，若使用本发明可得到以下效果。
技术方案1的发明是在焊接电子元件引线的引线插孔近旁，用辅助导体对焊接有电子元件引线的线路板两面的两个导体图形间实行电气连接。因此，即使在焊接电子元件引线的部分发生剥离现象，由于可用前述辅助导体部分来辅助线路板两面的两个导体图形间的电气连接，结果仍是提高了电子元件引线与线路板两面的导体图形间的电气连接可靠性。
技术方案项7、8的发明不对线路板作HAL处理，而且用不含铅的无铅焊料焊接，所以可进行不含铅的焊接。由此可防止因含铅而发生的剥离现象，进而提高焊接连接的可靠性。而且，因线路板未经高温的HAL处理，故与经过HAL处理的场合相比，可减小应力。
权利要求
1.一种零件安装底板，是将电子元件的引线插入两面有导体图形的线路板的引线插孔中，并用无铅焊料对引线与前述线路板两面的两个导体图形进行焊接而成，其特征在于，在前述线路板上，在前述引线插孔附近设置导体插孔，同时设置插入导体插孔、将与前述引线焊接的前述线路板两面的两个导体图形之间进行电气连接的辅助导体。
2.根据权利要求1所述的零件安装底板，其特征在于，辅助导体一体地设有在线路板上与设有导体图形的底板面对置的底板面对置部。
3.根据权利要求1或2所述的零件安装底板，其特征在于，导体插孔是通孔，其内周面设有将线路板两面的两个导体图形之间实行电气连接的连接图形。
4.根据权利要求1或2所述的零件安装底板，其特征在于，无铅焊料的主要成分是锡，辅助导体表面镀锡。
5.根据权利要求2所述的零件安装底板，其特征在于，在线路板上，在与辅助导体的底板面对置部对置的位置，设置辅助通孔，该孔的内周面设有对线路板两面的两个导体图形间实行电气连接的连接图形，并且使无铅焊料流入该辅助通孔。
6.根据权利要求1、2、5中任一项所述的零件安装底板，其特征在于，设置辅助导体的部分位于引线插孔近旁，该插孔供有较大电流流过的电子元件的引线插入。
7.一种零件安装底板的制造方法，其特征在于，在两面有导体图形的线路板上，在未用含铅焊料进行热风校平处理的状态下，用无铅焊料将电子元件的引线与前述导体图形进行焊接。
8.一种零件安装底板，其特征在于，在两面有导体图形的线路板上，在不用含铅焊料进行热风校平处理的状态下，用无铅焊料将电子元件的引线与前述导体图形进行焊接。
9.根据权利要求8所述的零件安装底板，其特征在于，在线路板上对导体图形的裸露部分实施镀金处理。
10.根据权利要求8所述的零件安装底板，其特征在于，在线路板上，使内周面具有对线路板两面的两个导体图形间进行电气连接的连接图形的通孔与插入电子元件的引线的引线插孔共用。
11.根据权利要求8所述的零件安装底板，其特征在于，线路板具备独用通孔，其内周面具有将线路板两面的两个导体图形间进行电气连接的连接图形，且不插入电子元件的引线，并使无铅焊料流入该独用通孔，所述独用通孔的内径设定为0.7mm以上。
全文摘要
一种零件安装底板及其制造方法,用无铅焊料(23)焊接时,在印刷线路板(21)上,在插入电子元件(22)的引线(22a)的引线插孔(27)的近旁设置导体插孔(28),同时设置插入导体插孔(28)、对两个导体图形(25)、(25)之间实现电气连接的辅助导体(30)。即使在焊接有电子元件(22)的引线(22a)的部分发生剥离,也可用辅助导体(30)辅助两个导体图形(25)、(25)间的电气连接。本发明在用无铅焊料焊接时可提高焊接的可靠性。
文档编号H05K3/34GK1360465SQ0114376
公开日2002年7月24日 申请日期2001年12月19日 优先权日2000年12月19日
发明者青木政幸 申请人:株式会社东芝